Биогенные элементы.

Известно, что в состав земной коры входит около 90 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Академик Вернадский показал в своих трудах тесную взаимосвязь элементного химического состава земной коры и живых организмов. На основе таких наук, как биохимия, биология, геохимия, академиком Вернадским была создана новая наука – биогеохимия, изучающая взаимосвязь элементного химического состава земной коры и живых организмов, а также миграцию химических элементов и их круговорот в системе «живая материя – Земля».

В составе организмов обнаружено около 70 химических элементов периодической системы.

Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью, называются биогенными элементами.

В зависимости от количественного содержания в организме химические элементы делятся на следующие группы:

1. Макроэлементы. Их содержание в организме составляет 0,01% и больше от массы организма. К таким элементам относятся C, O, H, N, P, S, K, Na, Ca, Cl и др.

2. Микроэлементы. Их содержание колеблется в пределах от 10^-3 до 10^-12% от массы организма. К ним относятся Fe, Mo, Mn, Cu, Zn, F, I и др.

3. Ультрамикроэлементы. Их содержание составляет меньше, чем 10^-12% от массы организма. Это, например, Au, Sb, Hg и др.

Такие элементы, как C, O, H, N, P, S, носят название органогены. Они входят в состав каждой клетки и составляют основную массу мономеров и соответствующих биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов).

На биологическую роль химических элементов оказывают влияние такие факторы, как заряд атома элемента, радиус атома или радиус иона, энергия гидратации, значения координационных чисел и др.

Макроэлементы в организме в основном выполняют роль пластического материала. Они участвуют в построении клеток и тканей, поддержании осмотического давления, кислотно-основного равновесия.

Микроэлементы входят в структуру и активные центры ферментов, находятся в составе витаминов, гормонов и других биологически важных соединений. Тем самым они оказывают влияние на обмен жиров, белков, углеводов, а, следовательно, на обмен веществ в организме.

Отбор биогенных элементов в процессе эволюции проходил под влиянием следующих факторов:

1. распространенность химического элемента в земной коре;

2. заряд ядра атома элемента (биогенные элементы в основном легкие);

3. растворимость соединений данного элемента в воде;

4. электронная структура атома (этот фактор – решающий).

Биогенные элементы образуют три группы, четко привязанные к s-, p- и d-блокам периодической системы. S-элементы (такие, как K, Na, Ca, Mg) создают электролитическую среду в крови и других биологических жидкостях. P-элементы – это в основном органогены. D-элементы - это, главным образом, микроэлементы.

Установлена связь между положением химических элементов в периодической системе и их биологической ролью. Так, например, элементы I^A-группы (Rb и Cs) оказывают влияние на деятельность сердечной мышцы и кровообращение; элементы II^A-группы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) оказывают сходное влияние на процессы образования костей и действие гормона инсулина, снижая уровень глюкозы в крови. Элементы V^A-группы (P и As) связаны общностью их участия в процессах окислительного распада веществ в организме. Для элементов VI^A-группы (O, S, Se, Te) характерно взаимозамещение в биологических соединениях. Установлено, что с увеличением порядкового номера химического элемента повышается его токсичность. В организме количественное содержание химического элемента уменьшается с увеличением его порядкового номера.